TP 4 Puesta a Tierra

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Universidad Nacional de Mar del Plata

Facultad de Ingeniera

Departamento de Ingeniera Elctrica.

Instalaciones Elctricas ll

Trabajo prctico N: 4

Ttulo del T.P.: Puesta a Tierra

Presentacin:

Tiempo En trmino Fuera de trmino

Fecha

Forma y Contenido

Prolijidad Orden Proceso de

clculo y resultados

Informacin adjunta

Integridad

% de valoracin

10 10 50 10 20

Correcciones

1 2 3 4 5 6 7

Calificacin del trabajo

Alumno Expresin

oral y/o escrita

Puntaje en respuestas

Observaciones Nota

1 Aranda, Rodrigo 2 Ruedaz, Luciano 3 Sullivan, Karina 4 Vizzotti, Gastn

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I. RESUMEN

En el siguiente trabajo se determin el valor mximo del valor de la resistencia de

puesta a tierra (PaT) de una vivienda unifamiliar, y se contemplaron variaciones en el

mismo ejercicio

Tambin, se calcul el sistema de PaT del Proyecto de Fabrica, definiendo la

resistividad del suelo, la corriente de dispersin y el tipo de sistema de PaT.

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II. INTRODUCCION

Objetivos del sistema de puesta a tierra:

o Habilitar la conexin a tierra en sistemas con neutro a tierra. o Proporcionar el punto de descarga para las carcasas, armazn o instalaciones. o Asegurar que las partes sin corriente, tales como armazones de los equipos,

estn siempre a potencial de tierra, aun en el caso de fallar en el aislamiento.

o Proporcionar un medio eficaz de descargar los alimentadores o equipos antes de proceder en ellos a trabajos de mantenimiento.

Una eficiente conexin a tierra tiene mucha importancia por ser responsable de la

preservacin de la vida humana, maquinarias, aparatos y lneas de gran valor. Muy

importante es insistir y exigir a una instalacin a tierra, eficaz y adecuada a su servicio

para seguridad, buen trabajo y preservacin. Al estudiar una instalacin a tierra es

necesario conocer las caractersticas de la lnea, la intensidad y tensin a la que puesta

ser usada. Conocer el funcionamiento de los electrodos en sus resistencias al paso de la

corriente elctrica.

Definiciones y conceptos bsicos

Tierra de Proteccin. Los sistemas elctricos se conectan a tierra con el fin de limitar la

tensin que pudiera aparecer en ellos, por estar expuestos a descargas atmosfricas, por

interconexin en casos de fallas con sistemas de conexiones superiores, o bien, para

limitar el potencial mximo con respecta a tierra, producto por la tensin nominal del

sistema. Este tipo de conexin se denominar Tierra de Servicio.

Tierra de Servicio. Los equipos elctricos se conectan a tierra pata evitar que la carcasa

o cubierta metlica de ellos represente un potencial respecto de tierra que pueda

significar un peligro para el operario u usuario del equipo. Este tipo de conexin a tierra

se denominar Tierra de Proteccin.

Tierra de Referencia. Se entiende por tierra de referencia a la tierra que se le asigna

potencial.

Electrodo de Tierra. Se entiende por electrodo de tierra a un conductor (cable, barra,

tubo, placa, etc.) enterrado en contacto directo con la tierra o sumergido en agua que

este en contacto con la tierra.

Mallas de Tierra. Es un conjunto de electrodos unidos elctricamente entre s.

Conexin a Tierra. Es la conexin elctrica entre una malla o electrodo en tierra y una

parte exterior. Las partes de conexiones a tierra no aisladas y enterradas, se consideran

como parte de la malla de electrodo.

Poner a Tierra. Cuando un equipo o instalacin est conectado elctricamente a una

malla o electrodo a tierra.

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Departamento de Ingeniera Elctrica. Resistividad de un Terreno. Es la relacin entre la tensin de la malla con respecto a

tierra de referencia y la corriente que pasa a tierra a travs de la malla.

Gradiente Superficial. Es la diferencia de potencial que existe entre dos puntos de la

superficie del terreno o del agua, distante entre s en 1 m.

Diferencias entre la conexin de tierra y neutro Un error comn en la conexin de un

equipo o en la transmisin de tensin en un conducto es la confusin entre tierra (GND)

y neutro (N). Aunque idealmente estos dos terminan conectados en algn punto a tierra,

la funcin de cada uno es muy distinta. El cable de neutro es el encargado de la

transmisin de corriente y el conductor de tierra es una seguridad primaria de los

equipos contra el shock elctrico. Identificarlos como si cumplieran la misma funcin

seria anular la seguridad de tierra contra el shock elctrico. En el hipottico caso se

tome el neutro y tierra como la misma cosa, cuando el cable de tierra se corte o

interrumpa, la carcasa de los equipos que estn conectados a esta tierra-neutro tendr el

potencial de lnea y as toda persona o ser que tenga contacto con ello estar expuesta a

una descarga elctrica.

TIPOS DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

De acuerdo a su aplicacin los sistemas de puesta a tierra son:

Puesta a tierra para sistemas elctricos.

Puesta a tierra de los equipos elctricos.

Puesta a tierra en seales electrnicas.

Puesta a tierra de proteccin electrnica

Puesta a tierra de proteccin atmosfrica

Puesta a tierra para sistemas elctricos. El propsito de aterrar los sistemas elctricos

es limitar cualquier voltaje elevado que pueda resultar de rayos, fenmenos de

induccin o de contactos no intencionales con cables de voltajes ms altos. Esto se

realiza mediante un conductor apropiado a la corriente de falla a tierra total del sistema,

como parte del sistema elctrico conectado al planeta tierra.

Puesta a tierra de los equipos elctricos. Su propsito es eliminar los potenciales de

toque que pudieran poner en peligro la vida y las propiedades, de forma que operen las

protecciones por sobrecorriente de los equipos. Utilizado para conectar a tierra todos los

elementos de la instalacin que en condiciones normales de operacin no estn sujetos a

tensiones, pero que pueden tener diferencia de potencial con respecto a tierra a causa de

fallas accidentales en los circuitos elctricos, as como los puntos de la instalacin

elctrica en los que es necesario establecer una conexin a tierra para dar mayor

seguridad, mejor funcionamiento y regularidad en la operacin y en fin, todos los

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Departamento de Ingeniera Elctrica. elementos sujetos a corrientes elctricas importantes de corto circuito y sobretensiones

en condiciones de falla. Generalmente la resistencia a tierra en cualquier punto del

sistema, no debe ser mayor a 40 . Para la conexin a tierra de los equipos, se instalan

en los edificios, una barra de cobre electroltico de dimensiones adecuadas, instaladas a

unos 60 cm sobre el nivel de piso con una leyenda indicativa, que es de uso exclusivo

para el sistema de fuerza en las concentraciones de tableros de cada piso.

Puesta a tierra en seales electrnicas. Para evitar la contaminacin con seales en

frecuencias diferentes a la deseada. Se logra mediante blindajes de todo tipo conectados

a una referencia cero o a tierra.

Puesta a tierra de proteccin electrnica. Para evitar la destruccin de los elementos

semiconductores por sobre voltajes, se colocan dispositivos de proteccin de forma de

limitar los picos de sobr tensin conectados entre los conductores activos y tierra. La

puesta a tierra de los equipos electrnicos y de control, consta de una serie de electrodos

instalados remotamente al edificio. En el interior se instala una barra de cobre

electroltico de dimensiones adecuadas montada a 2.60 metros sobre nivel de piso

terminado con una leyenda indicativa, que es de uso exclusivo para el sistema de

electrnica. La resistencia a tierra mxima en este sistema debe ser de unos 2 , cuando

no se alcanza la resistencia deseada, se instala algn elemento qumico para reducir la

resistividad del terreno y alcanzar as, la resistencia a tierra requerida.

Figura 1 Puesta a tierra de equipo electrnico

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Departamento de Ingeniera Elctrica. Puesta a tierra de proteccin atmosfrica. Como su nombre lo indica, se destina para

drenar a tierra las corrientes producidas por descargas atmosfricas (RAYOS) sin

mayores daos a personas y propiedades. Se logra con una malla metlica igualadora de

potencial conectada al planeta tierra que cubre los equipos o edificios a proteger o se

conforma con electrodos tipo copperweld y cable tipo pararrayos de cobre Clase 1 de 27

hilos. La distancia del edificio con respecto al sitio donde se entierre el electrodo, no

debe ser inferior a 2,50 metros y debe quedar totalmente aislado de los sistemas de

tierras para fuerza y para electrnica. La resistencia a tierra en cualquier punto del

sistema, no debe ser mayor a 40 ohms, para lo cual en caso necesario, se implementarn

arreglos de electrodos en Delta y/o un agregado de elementos qumicos para reducir la

resistividad del terreno.

Puesta a tierra de proteccin electrosttica. Sirve para neutralizar las cargas

electroestticas producidas en los materiales dielctricos. Se logra uniendo todas las

partes metlicas y dielctricas, utilizando el planeta tierra como referencia de voltaje

cero. Como pudo apreciar anteriormente cada sistema de tierras debe cerrar nicamente

el circuito elctrico que le corresponde.

Se conectarn a tierra los elementos de la instalacin necesarios como ser:

o Los neutros de los transformadores, que lo precisan en instalaciones o redes con neutro a tierra de forma directa o a travs de resistencias o bobinas.

o El neutro de los alternadores y otros aparatos o equipos que lo precisen. o Los circuitos de baja tensin de transformadores de medida. o Los limitadores, descargadores, autovlvulas, pararrayos, para eliminacin de

sobretensiones descargas atmosfricas.

o Los elementos de derivacin a tierra de los seccionadores de puesta a tierra.

EFECTOS DE LA HUMEDAD Y TEMPERATURA SOBRE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO.

Indudablemente que s, la resistividad del terreno est muy influenciada

primordialmente por la humedad y en menor medida no menos importante por su

temperatura, son tan significativos estos efectos, que la resistencia del terreno

disminuye con el aumento de la humedad y con el incremento de la temperatura. El

conocimiento de la accin de la humedad y temperatura sobre la resistencia del

electrodo para puesta a tierra resulta indispensable para que una instalacin de tierra

conserve en el tiempo sus caractersticas.

METODOS DE PRUEBA BASICOS PARA MEDICION DE LA RESISTENCIA

A TIERRA

La mayora de los instrumentos existentes para la medicin de la resistencia a tierra, se

basan en el mtodo de la cada de potencial.

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Departamento de Ingeniera Elctrica. Mtodo de cada de potencia

Este mtodo tambin denominado de tres puntos, se realiza con tres terminales y se

describe previamente con referencia a la Figura 2.

Este mtodo se realiza con tres puntas de prueba o electrodos separados, las cuales se

conectan a los tres terminales del instrumento para medicin de la resistencia a tierra

como se muestra en la figura 2. Es importante aclarar que en la figura se aprecia que la

tercera punta de prueba es un electrodo fijo y no removible, esto es indicativo de que

este mtodo al igual que el anterior no solo es para mediciones iniciales sino tambin

puede ser usado para corroborar mediciones anteriores o el estado de una puesta a tierra

existente.

Figura 2

Prueba de resistencia de la tierra por el mtodo de Cada de Potencial o de Tres Terminales

Empleando un probador de cuatro terminales, los terminales P1 y C1 en el instrumento

son puenteados y conectados al electrodo de tierra bajo prueba o al tercer electrodo de

referencia. Si se dispone de un instrumento de tres terminales, solo conecte el terminal

X al electrodo a tierra. Posteriormente, se colocan las otras dos puntas de prueba

auxiliares en los terminales C2 y P2 y varillas de prueba enterradas a distancias

predeterminadas del electrodo bajo prueba. La figura 2 muestra el arreglo de las varillas

de prueba y el electrodo. Al accionar el instrumento, se genera una corriente que se

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Departamento de Ingeniera Elctrica. inyecta por los terminales C1/P1 retornando por el electrodo auxiliar de corriente (C2).

Al pasar la corriente por la tierra, una cada de voltaje se generar entre los terminales

C1/P1 y el electrodo auxiliar de potencial conectado en P2. El instrumento calcula la

resistencia a travs de la ley de ohm.

Dnde:R = Resistencia a tierra

V = Voltaje ledo entre el electrodo C1/P1 y el terminal P2.

I = Corriente de prueba inyectada por el instrumento.

Este mtodo demanda que por lo menos exista un espaciamiento entre C1/P1 y C2 de

unos 15 m y que se grafiquen los valores de resistencia obtenidos contra la distancia

existente entre el electrodo a prueba y la varilla conectada a P2. En la prctica esta

distancia entre C1/P1 y C2 debe ser lo ms grande que es posible. Al elaborar la grfica,

la misma mostrara un incremento gradual de resistencia a tierra mientras P2 est en la

zona cercana al electrodo bajo prueba. Cuando P2 sale de esa zona pero no ha entrado

en la zona de C2, la grfica mostrar una meseta en los valores. Este aplanamiento

obtenido se ha demostrado tericamente que se logra cuando P2 est localizado al 62%

de la distancia entre el electrodo bajo prueba y C2. Esta es la razn por la que tambin

se le llama a este mtodo el "de 62%". Pruebas realizadas por Michaels demuestran que

la variacin de las lecturas obtenidas al 50% y al 70% de la distancia es menor al 5%,

que es la precisin de la mayora de los instrumentos ms comunes. De ah que las

lecturas que se toman al 60% pueden dar una medida promedio aceptable de la

resistencia a tierra del electrodo incluyendo la resistencia del conductor de conexin al

electrodo bajo prueba. Sin embargo, este mtodo tiene la limitante de que depende en

gran medida de enterrar los electrodos en una zona alejada de objetos conductores. Si la

curva en la grfica, no presenta un tramo paralelo, quiere decir que la distancia escogida

no es suficiente. La solucin puede ser una mayor distancia entre electrodos, pero, en

algunos casos, la localizacin de los electrodos en lnea recta es imposible por la falta de

espacio u otros factores.

Mtodo de Dos Puntos.

Cuando se emplea un instrumento de cuatro terminales, se puentean los terminales P1 y

C1 conectndose al electrodo a tierra bajo prueba y los terminales P2 y C2 se puentean

conectndose a un sistema de tubos de agua completamente metlico, tal como se

aprecia en la figura 3

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Figura 3

Prueba de Resistencia de Tierra Mtodo Directo o Dos Terminales

Si el sistema de agua es extenso, es decir, se extiende a un rea muy grande, su

resistencia debe ser una fraccin de un ohm. Despus puede tomar la lectura del

instrumento como la resistencia del electrodo bajo prueba. Este mtodo es la forma ms

simple de hacer una prueba de resistencia a tierra. Con este mtodo, la resistencia de dos

electrodos en serie se mide la varilla enterrada y el sistema de agua. Pero existen tres

limitaciones importantes:

1. El sistema de tubos de agua debe ser lo suficientemente grande para tener una

resistencia despreciable.

2. El sistema de tubo de agua debe ser metlico en su totalidad, sin ningn acoplamiento

o flanges de aislamiento.

3. El electrodo de tierra bajo prueba debe estar lo suficientemente lejos del sistema de

tubos de agua para quedar fuera de su esfera de influencia.

En algunos lugares, su electrodo a tierra puede estar tan cerca del sistema de tubos de

agua que no se puedan separar a los dos y dar la distancia requerida para medicin por

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Departamento de Ingeniera Elctrica. medio del mtodo de dos terminales. Bajo estas circunstancias, si se cumplen las

condiciones 1 y 2, se puede conectar al sistema de tubos de agua y obtener un electrodo

a tierra adecuado. Sin embargo como precaucin contra cualquier posible cambio futuro

en la resistencia del sistema de tubos de agua tambin se debe instalar un electrodo de

tierra.

Mtodo de cuatro terminales

Este mtodo se realiza con cuatro puntas de prueba o electrodos separados, las cuales se

conectan a los cuatro terminales del instrumento para medicin de la resistencia a tierra

como se muestra en la figura 4. De aqu que el nombre de esta prueba sea llamado:

Mtodo de Cuatro Terminales. Es importante aclarar que en la figura se aprecia que la

cuarta punta de prueba es un electrodo fijo y no removible, esto es indicativo de que

este mtodo no solo es para mediciones iniciales sino tambin puede ser usado para

corroborar mediciones anteriores o el estado de una puesta a tierra existente. El Dr.

Frank Wenner de la Oficina de la normalizacin de USA. Desarrollo la teora basada en

esta prueba en 1915, el demostr que si la profundidad del electrodo (B) se mantiene

pequea comparado con la distancia entre electrodos (A), se aplica la siguiente formula:

En donde: es la resistividad promedio del suelo a la profundidad A en ohm cm,

A es la distancia entre los electrodos en cm,

R es la lectura del instrumento MEGGER en .

Recordamos que el cuarto terminal en la figura constituye una barra de tierra existente y

se colocan las otras tres puntas de pruebas para completar cuatro terminales, esto tiene

el fin de ilustrar como se puede comprobar la resistividad en una aplicacin ya

existente.

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Figura 4

Mtodo de medicin de la resistencia de tierra cuatro terminales

METODOS INVOLUCRADOS EN LA PRUEBA DE RESISTENCIA DE

TIERRA

La resistencia a tierra de cualquier sistema de electrodos tericamente puede calcularse

de las formulas basadas en la formula general de la resistencia:

En donde: es la resistividad de la tierra en ohm-cm

L es la longitud de la trayectoria de conduccin

A es el rea transversal.

Para entender el mtodo de prueba a tierra, nos apoyaremos en el diagrama esquemtico

de la figura 5(a). Tenga presente nuestras observaciones previas con referencias al

diagrama de capas de tierra con la distancia cada vez mayor desde un electrodo, las

capas de tierra son de rea de superficie mayor y por lo tanto de menor resistencia.

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Departamento de Ingeniera Elctrica. Ahora, presumamos que se tienen tres varillas enterradas en la tierra a una cierta

distancia separadas y con un voltaje aplicado, como se muestra en la Figura 5(a). La

corriente entre las varillas 1 y 2 se mide con un ampermetro, la diferencia de potencial

(voltaje) entre las varillas 1 y 3 se mide con un voltmetro. Si la varilla 3 se ubica ms

cerca de la varilla 3 en varios puntos entre las varillas 1 y 2, preferiblemente en lnea

recta se puede obtener una serie de lecturas de voltaje.

Figura 5

Principio de una prueba de resistencia de tierra

Tensin de paso

Segn las normativas de la IEEE 81, la Tensin de Paso es la diferencia de potencial

entre dos puntos de la superficie del terreno, separados por una distancia de un metro,

en la direccin del gradiente de potencial mximo.

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Figura 6

Tensin de paso

Cabe recordar que bajo circunstancias de falla, la circulacin de una corriente (I), por

una toma de tierra, sita a sta a una tensin (Uo), denominada de puesta a tierra, en

relacin con un punto lejano, de potencial cero, definiendo el cociente (Uo/I) la

resistencia (R), de la toma de tierra, que tal como se ver ms adelante, interviene como

elemento de clculo de la corriente que circula ( de la cual depende el comportamiento

de las protecciones) y de la propia tensin (Uo). El gradiente de potencial en una regin

coincide, prcticamente, con el valor ms elevado que puede alcanzar una tensin de

paso, que adquiere evidentemente, sus valores ms elevados, en las proximidades

inmediatas de los electrodos de tierra. La tensin de paso (Up) es una fraccin de la

tensin de puesta a tierra (Uo).

Deber considerarse que, cuando las dimensiones de la toma de tierra son pequeas,

respecto a su distancia (x), del lugar considerado, el gradiente de tensin en ese lugar no

depende ms que de (x) y de (I).

Figura 7 Tensin de paso

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Departamento de Ingeniera Elctrica. Tensin de contacto.

Figura 8

Tensin de contacto o de toque

La normativa IEEE 81: define la tensin de contacto o de toque como sigue; La tensin

de contacto es la diferencia de potencial entre una estructura metlica puesta a tierra y

un punto de la superficie del terreno a una distancia igual a la distancia horizontal

mxima que pueda alcanzar una persona, o sea , aproximadamente, 1 metro. Ver figura

8.

Tensin de transferencia

Es la mxima tensin que puede aparecer entre dos sistemas de tierra independientes al

circular la mxima corriente de falla a tierra en uno de ellos, siendo ambos sistemas

accesibles simultneamente, pudiendo ser puenteados por un individuo.

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Figura 9

Tensin de transferencia

Como puede verse en la figura 9, la tensin de transferencia o transferida, aparece en

elementos conectados a la malla que se encuentran fuera de ellas, y en elementos

ubicados sobre la malla pero no conectados a ella, y que puedan traer una referencia de

potencial externa.

Este es el principal fundamento en la defensa del criterio de la puesta a tierra nica para

proteccin, servicio, descargadores de sobretensin y pararrayos. En la prctica resulta

virtualmente imposible lograr una separacin efectiva entre los diferentes sistemas de

tierra, resultando ms seguro y econmico unirlos.

La tensin de transferencia podra considerarse como un caso especial de la tensin de

contacto. El ms perjudicial.

Efectos fisiolgicos del pasaje de la corriente por el cuerpo Humano:

A) Umbral de sensibilidad.

El establecimiento de los lmites a partir de los cuales la corriente elctrica resulta

peligrosa presenta notables dificultades. Puede dar idea de ello las dispersiones que

aparecen en la determinacin del umbral de sensibilidad sobre el paso de la corriente

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Departamento de Ingeniera Elctrica. elctrica, definido como el valor de la intensidad mnima que percibe una persona al

hacer circular una corriente de mano a mano. Mientras que algunos detectan la corriente

con intensidad de 0,5 mA, otros no empiezan a percibir su paso hasta que sta no

alcanza valores cercanos a los 2 mA..

B) Umbral de no soltar.

Este fenmeno tiene lugar por la excitacin de nervios y msculos flexores bajo la

accin de la corriente elctrica, de forma que al quedar contrados, inhabilitan al

individuo a dejar el conductor, toda vez que los extensores son menos potentes que los

flexores. Por estudios realizados se ha comprobado que el sexo es una variable

influyente.

C) Muerte aparente.

Cuando el nivel de intensidad se eleva por encima del umbral de no soltar, se afectan

grandes funciones fisiolgicas, como la respiracin y la circulacin. En efecto para una

intensidad del orden de 20 a 30 mA, la contraccin muscular puede difundirse y

alcanzar los msculos respiratorios (intercostales, pectorales y diafragma), originando

una parada circulatoria (central o perifrica), que ocasiona una asfixia con cianosis, para

desembocar prontamente, en un estado de muerte aparente y en una parada circulatoria.

Si el accidentado se sustrae rpidamente de la corriente y se le proporciona una

asistencia respiratoria (antes que sobrevenga la parada cardiaca, y en consecuencia, las

lesiones anxicas del encfalo) estos fenmenos son reversibles.

D) Fibrilacin ventricular y su umbral.

Desgraciadamente, no sucede lo mismo cuando el estado de muerte aparente se debe a

una fibrilacin ventricular. Esta situacin est caracterizada por una contraccin

anrquica y asincrnica de cada una de las fibras del miocardio, lo que se traduce,

velozmente, en una parada circulatoria, y una anoxia que alcanza primero al cerebro, y

despus al mismo corazn. Existe una proporcionalidad (segn estudios estadsticos

realizados por Dalziel) entre el peso corporal, y la intensidad necesaria para la

fibrilacin situndose este umbral de 70 a 100 mA. Este umbral, es variable con las

condiciones del sujeto, con los parmetros del accidente (tensin y tipo de contacto),

pero fundamentalmente con:

o Trayectoria seguida de la corriente. o El valor de la resistencia del organismo. o El tiempo de paso, y la amplitud de la corriente. o Otro parmetro influyente a considerar, es la frecuencia de la corriente, los

umbrales son netamente ms elevados cuando se trata de corriente continua.

Entre 10 y 1000 Hz, los umbrales son poco modificables, pero se elevan

rpidamente cuando la frecuencia aumenta.

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Departamento de Ingeniera Elctrica. VALORES RECOMENDADOS POR NORMAS

Valores recomendados por la IEEE 142-1991.

La normativa IEEE 142 de 1991 establece lo siguiente:

o Para grandes subestaciones, estaciones de generacin y lneas de transmisin, el valor debe ser de 1 .

o Para subestaciones de plantas industriales, edificios y grandes instalaciones comerciales, el valor debe estar entre 1 y 5 .

o Para un electrodo simple, el valor debe ser 25 .

ELECTRODOS ESPECIALMENTE CONSTRUIDOS.

Estos pueden ser:

a) De Varilla o Tubera.

b) Electrodos de Placa.

c) Estructuras metlicas Subterrneas

Electrodos de varilla o tubera.

Los electrodos de varilla y tubo, no deben tener menos de 2,40 m de longitud y

adicionalmente deben instalarse de tal modo que por lo menos 2,40 m de su longitud

est en contacto con la tierra. Las varillas de metales no ferrosos deben estar aprobadas

y tener un dimetro no inferior a 13 mm y las dems de por lo menos 16 mm. Las

tuberas deben tener un dimetro no inferior a 19 mm y si son de hierro, deben tener una

proteccin contra corrosin en su superficie. Las varillas de acero con un recubrimiento

de cobre de 10 milsimas dura un promedio de 35 aos en un suelo promedio, si tiene

un recubrimiento de 13 milsimas dura hasta 45 aos. En cambio, una varilla de acero

galvanizado tiene una vida estimada de 15 aos. Estos electrodos se aplican al suelo

mediante percusin hasta que alcanzan la profundidad adecuada. En caso de terrenos

rocosos, las varillas no pueden meterse de esa manera; debido a que se doblan o

solamente no pueden entrar. Ocasionalmente se han presentado casos donde las varillas

han sido retornadas hacia la superficie despus de haber tratado de clavarlas en terrenos

rocosos. Cuando la roca est a menos de 2,40 metros, estos electrodos pueden meterse

en diagonal hasta con un ngulo de 45 grados de la vertical. Pero, si no es este el caso,

se deben enterrar horizontales en una trinchera abierta para el caso a 0,8 metros (2

1/2pies) de profundidad por lo menos, ver figura 10.

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Figura 10

Formas de instalacin de electrodos de tierra

La resistencia de contacto de una varilla est dada por la frmula de Dwight del M.I.T.

[ (

) ]

De donde: p es la resistividad del terreno en - cm

L es el largo de la varilla en cm

a es el dimetro de la varilla en cm

La frmula de Dwight para el caso de varilla enterrada en doble capa de tierra:

( )

[ ( ) ]

Dnde:0 es la resistividad del terreno adjunto en ohm-cm

1 es la resistividad del terreno circundante en ohm-cm

L es el largo de la varilla en cm

a0 es el dimetro de la varilla en cm

a1 es el dimetro del terreno adjunto a la varilla en cm

Electrodos de placa.

Los electrodos de placa no debern tener menos de 0,2 metros cuadrados de superficie

en contacto con el suelo. Estn formados por planchas de superficies no inferior a los

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Departamento de Ingeniera Elctrica. 0.5 m x 1 m y 4 mm de espesor si son de acero, o de 1,5 mm de espesor si son de cobre.

Es recomendable enterrar estas placas verticalmente.

Estructuras metlicas enterradas.

Puede ser cualquier clase de estructura metlica subterrnea.

Conductores de puesta a tierra.

El conductor de puesta atierra debe ser de cobre u otro material resistente a la corrosin,

puede ser macizo o prensado, aislado o desnudo, no debe tener en toda su longitud

ningn empalme o unin excepto s s trata de barra bus. Si el conductor no es de cobre

la resistencia mecnica y la resistencia hmica por unidad de longitud deben ser

equitativamente a la de este. Para secciones iguales o superiores a 25 mm puede fijar el

conductor de tierra directamente sobre la superficie en la cual va colocada, sin utilizar

aisladores. No necesita tener protecciones a menos que est expuesto a fuertes daos

mecnicos.

Para todas las secciones inferiores a 4 mm, los conductores deben ir protegidos por

conductos. Se podr emplear la misma canalizacin de los conductores de alimentacin

del circuito para llevar el conducto de tierra.

MTODOS PARA REDUCIR LA RESISTENCIA DE TIERRA.

Cuando la resistividad del terreno es muy elevada, y en donde los electrodos no pueden

enterrarse profundamente debido a rocas se utilizan diversos mtodos para mejorar las

condiciones. En general todos los mtodos tratan de crear una mejor conductividad en

las primeras capas o cilindros de tierra que rodean al electrodo, en donde la superficie

conductora es pequea. El tratamiento tambin es beneficioso al independizar el valor

de resistencia obtenida de las variaciones climticas.

En la prctica, cuando encuentra que la resistencia de su electrodo a tierra no es

suficientemente baja, Los mtodos ms comunes para mejorarla son:

a) Usando una varilla de mayor dimetro.

b) Usando electrodos ms largas

c) Colocando dos, tres o ms electrodos en paralelo

d) Electrodos profundos

e) Reduccin de la resistividad del suelo tratando qumicamente el terreno.

f) Agregado de sales simples.

g) Agregado de coque.

20



Departamento de Ingeniera Elctrica. h) Aporte de sales "gel".

i) Inyeccin de bentonita.

j) Inyeccin de resinas sintticas.

La necesidad de tratar el terreno, previamente, donde se instalar un electrodo ha sido y

es todava tema de discusin. Los mtodos principales usados para mejorar la

resistividad del terreno alrededor de los electrodos son:

Humedecer con agua y sales minerales (cloruro de sodio o sulfato de cobre, sulfato de

magnesio), en la fosa que circula el electrodo. Es difcil afirmar hasta donde se

manifiestan los beneficios de las sales introducidas en la solucin y dnde donde

empiezan los beneficios debido al aumento de la humedad del terreno. En la eleccin de

las sales hay que tener presente los fenmenos de corrosin que pueden presentar la

superficie del electrodo, siendo daino y costoso, resultado perjudicial el hecho de bajar

la resistencia. Volcar en una zanja larga alrededor del electrodo, discreta cantidad de

sales minerales. El agua de lluvia disuelve paulatinamente estas sales, llevndolas hacia

la profundidad, lo que provoca un mejoramiento de la resistencia del electrodo, por

tiempo ms o menos largo. La duracin de ste sistema son evidentemente ms largos

que el mtodo anterior, presentando tambin peligro de corrosin. Rodear el dispersor

de carbn vegetal triturado. Este mtodo se puede aplicar con el electrodo de plancha. Si

bien mantienen los efectos en el tiempo, presenta los mismos inconvenientes de

corrosin. En resumen por el hecho de bajar la resistencia del terreno, incurrimos en el

peligro de corrosin de los electrodos por efectos de testamento previos del terreno.

Tratamiento qumico del suelo

El tratamiento qumico del suelo es un buen modo para mejorar la resistencia a tierra

cuando no se pueden enterrar ms profundamente los electrodos de tierra (a causa de

roca dura subyacente, por ejemplo.)

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Figura 11

Mtodo de trincheras para la preparacin del terreno

Esta ms all del objetivo de este manual recomendar los mejores qumicos de

tratamiento para todas las situaciones. Tiene que considerar el posible efecto corrosivo

en el electrodo. El sulfato de magnesio, sulfato de cobre, y sal de roca ordinaria son

materiales no corrosivos adecuados. El sulfato de magnesio es menos corrosivo, pero la

sal de roca es ms barata y hace el trabajo si se aplica en una zanja excavada alrededor

del electrodo ver figura 11. El tratamiento qumico no es un modo permanente de

mejorar su resistencia a tierra. Los qumicos son deslavados gradualmente por la lluvia

y drenaje natural a travs del suelo. Dependiendo de la porosidad y la cantidad de lluvia,

el periodo de reemplazo vara. Pueden pasar varios aos antes que sea necesario otro

tratamiento. El tratamiento qumico tambin tiene la ventaja de reducir la variacin

estacional en la resistencia que resulta del mojado peridico y secado del suelo. Sin

embargo, solo debe considerar este mtodo cuando los electrodos mltiples o profundos

no sean prcticos.

PUESTA A TIERRA PROVISORIA

Cuando se establece tierra provisoria para trabajar en lneas o equipos, debe tener

presente que, en general, las Tierras de tirabuzn o la de las estructuras, son tierra de

alta resistencia y, por lo tanto, se producen fuertes elevaciones de potencial al circular

corriente en ellas. Cuando se ejecutan trabajos de estructuras metlicas conectadas al

22



Departamento de Ingeniera Elctrica. punto de trabajo para evitar diferencias de potencial. Siempre que el trabajo se ejecute

una desconexin operando un equipo o abriendo un puente, debe tenerse en cuenta la

posibilidad de alimentacin desde cualquiera de los lados debe, por lo tanto, colocarse

puesta a tierra en cada lado del o los puntos de apertura de los circuitos.

Como regla general para la puesta a tierra provisoria, debe instalarse una abrazadera que

vincule la columna con la bajada a tierra temporaria por debajo del rea de trabajo, y

desde esta un conductor al elemento que est soportando al trabajador (escalera o

hidroelevador), en el caso de uso de trepadores es suficiente con la abrazadera aludida.

De esta manera se logra que la zona de trabajo est prcticamente al potencial de la

lnea en caso de falla.

La figura 12 muestra una situacin como la explicada y su circuito equivalente.

Figura 12

Puesta a tierra provisoria

23




III. DESARROLLO

1. Dada una vivienda unifamiliar, cuya instalacin elctrica tiene como proteccin

principal un Interruptor Termomagntico de 25 [A], determinar:

a) Cul debe ser el valor mximo de resistencia de PaT para garantizar la

actuacin de la proteccin principal de un tiempo adecuado.

b) Si colocando una jabalina de 1 m de longitud, simplemente hincada, en un

suelo con resistividad de 50 [m], es suficiente para la actuacin de la

proteccin principal.

c) En el caso de agregar un Interruptor diferencial de 30 [mA] y In de 25 [A],

cul debera ser el valor mximo de Resistencia de PaT, y que valor mximo

exige la Reglamentacin de la AEA 90364 Seccin 771.

2. Plantear el clculo del sistema de PaT de la Instalacin del Proyecto Integrador, del

mismo, se requiere detallar:

a. Resistividad del suelo de la Instalacin

b. Corriente de Dispersin necesaria

c. Tipo de sistema de PaT

d. Croquis de la instalacin con el sistema de PaT planteado

Cuestionario

1. Qu es la tensin de paso y cul es su relevancia prctica.

2. Qu es la corriente de dispersin.

3. Indique segn la Norma Iram 2281-1, cul son los valores orientativos de

Resistividad del Terreno y Precipitacin Media Anual para Mar del Plata y

Posadas (Misiones).

4. Liste los esquemas de conexin a tierra definidos en la reglamentacin de la

AEA 90364 y justifique cul adoptar en el proyecto integrador.

24



Departamento de Ingeniera Elctrica. 1. Dada una vivienda unifamiliar, cuya instalacin elctrica tiene como

proteccin principal un Interruptor Termomagntico de 25 [A], determinar:

a) Cul debe ser el valor mximo de resistencia de PaT para garantizar la

actuacin de la proteccin principal de un tiempo adecuado.

Recurrimos al catlogo de la empresa WEG, del mismo, seleccionamos un Interruptor

Termomagntico bipolar de 25 [A] con curva caracterstica de disparo clase C.

A continuacin mostramos datos extrados del catlogo:

Figura 1. Seleccin del Interruptor Termomagntico bipolar.

Figura 2. Curvas de disparo de la proteccin

25




Figura 3.Datos tcnicos Interruptor Termomagntico

Datos:

[ ]

Segn la proteccin, siendo la curva caracterstica C, para un tiempo de disparo de 0,2

[seg], tenemos:

[ ]

Para que se establezca esa corriente en el circuito de falla, se requiere que dicho lazo

tenga, como mximo, una impedancia total de:

[ ]

De los cules a la tierra de proteccin, considerando una tensin de contacto admisible

de 65 [V], le deben corresponder:

[ ]

En la prctica, este valor es de muy difcil obtencin.

26



Departamento de Ingeniera Elctrica. b) Si colocando una jabalina de 1 m de longitud, simplemente hincada, en un

suelo con resistividad de 50 [m], es suficiente para la actuacin de la proteccin

principal.

Para el clculo de la resistencia de la jabalina, la ecuacin es la siguiente:

(

)

Dnde:

[.m]= resistividad del terreno

r0 [m]= Radio del conductor o jabalina

L [m]= Longitud de la jabalina

En base a los datos que tenemos del problema, para el clculo el mtodo rpido para

tener un valor aproximado de la misma:

Siendo:

= 50 [.m]

L = 1 [m]

Entonces:

[ ]

Al tratarse de una valor de resistencia tan alto, nos limita el valor de corriente de falla,

por ende la proteccin no actuara en caso de falla a tierra.

[ ]

c) En el caso de agregar un Interruptor diferencial de 30 [mA] y In de 25 [A],

cul debera ser el valor mximo de Resistencia de PaT, y que valor mximo exige

la Reglamentacin de la AEA 90364 Seccin 771.

Ingresando al catlogo de la empresa WEG, seleccionamos un Interruptor diferencial de

30 [mA].

A continuacin mostramos datos del mismo:

27




Figura 4. Curva de funcionamiento interruptor diferencial

Figura 5. Seleccin del Interruptor diferencial

Figura 6. Datos tcnicos Interruptor diferencial

28



Departamento de Ingeniera Elctrica. Para una corriente de 30 [mA] y una tensin de contacto de 65 [V], tenemos:

[ ]

Si consideramos una tensin de contacto mxima de 24 [V], tendremos:

[ ]

Estos valores son altos, si tenemos en cuenta que la Reglamentacin de la AEA 90364,

nos indica un valor mximo de resistencia de PaT de:

[ ]

2. Plantear el clculo del sistema de PaT de la Instalacin del Proyecto

Integrador, del mismo, se requiere detallar:

Nuestro proyecto Integrador se trata de la Instalacin Elctrica de una Estacin de

Servicio, ubicada en las calles Av. Polonia y Magallanes de la ciudad de Mar del

Plata.

Para la misma se considera la instalacin de una malla de puesta a tierra sobre todo el

terreno de la misma, siendo el rea aproximada de 3734 [m2] (86,2 x 43,4 [m

2]).

Como se trata de una Estacin de Servicio en la cual se realiza el expendio de GNC,

nos guiamos por la Norma Nag 418. En la misma nos recomiendan una resistencia de

puesta a tierra de:

[ ]

Adems, nos indica que las tensiones de paso y de contacto no deben superar los:

[ ]

a) Resistividad del suelo de la Instalacin

Como la Estacin de Servicio est emplazada en la ciudad de Mar del Plata,

aproximamos, como valor de resistividad del suelo:

[ ]

b) Corriente de Dispersin necesaria

29



Departamento de Ingeniera Elctrica. En funcin del valor de resistividad adoptado antes y el rea del terreno de la industria

podemos calcular un valor aproximado de la resistencia de la malla:

[ ]

La longitud L de la malla necesaria para dispersar toda la corriente de cortocircuito,

verificando la tensin de contacto, resulta ser:

Dnde:

Vc= tensin de contacto, en [V]

= resistividad del terreno, en [m]

Im= valor eficaz de la corriente presunta de cortocircuito, en [A]

L: longitud de los conductores de malla, en [m]

Para el valor de corriente de cortocircuito presunta, partiendo de la estacin

transformadora y sabiendo que en su neutro tiene una impedancia de aproximadamente

3 [], tenemos en cercanas de la misma:

[ ]

Considerando la distancia que hay entre la estacin de servicio y la estacin

transformadora, y teniendo en cuenta las prdidas que existen en ese tramo, entonces

tomaremos una corriente de:

[ ]

A partir de este valor, calculamos la longitud mnima necesaria del conductor de la

malla:

[ ]

Se propone hacer una distribucin tal que nos queden rectngulos de aproximadamente

17,2 [m] x 14,5 [m]. Lo que nos da una longitud de:

( ) ( ) [ ]

Con esta longitud podemos calcular ahora la corriente que la malla puede dispersar, sin

que se supere la tensin de contacto establecida.

30




[ ]

Este primer clculo se realiz a modo de aproximacin, a continuacin vamos a realizar

el clculo exacto siguiendo los pasos de la Norma Iram 2281-1 mediante la frmula de

Schwarz.

Siendo:

R1= resistencia de la red de mallas

R2= resistencia de la red de todas las jabalinas

R12= resistencia mutua entre la malla y las jabalinas

Proponemos instalar 12 jabalinas, dispuestas en el permetro de la malla.

La resistencia de la malla la podemos obtener a partir de la siguiente ecuacin:

[ (

) (

) ]

Dnde:

R1: resistencia de la red de mallas;

1: resistividad del suelo encontrada por los conductores de red enterrados a la

profundidad h;

l1: largo total de los conductores de la red de mallas;

h: (d1 * h) para conductores enterrados a la profundidad h;

d1: dimetro de los conductores de la red de mallas;

A: rea cubierta por la red de dimensiones a x b (m2);

K1 y K2: constantes relacionadas con la geometra del sistema.

Siendo una malla de 86,2 [m] x 43,4 [m], tenemos:

Para los factores K1 y K2, los obtenemos de los siguientes grficos:

31




Para obtener el factor K1, como consideramos a la malla enterrada a unos 0,8 [m],

realizamos una extrapolacin entre la curva A y la B, por lo que resulta:

[ ]

32




[ ]

Se adopta como seccin de los conductores de la malla, la mnima permitida para

cobre en terrenos normales (no agresivos), que es de 50 [mm2]; as se obtiene el valor de

h:

[ ] [ ]

Entonces:

[ (

) (

) ]

[ (

) (

) ]

[ ]

Clculo de la resistencia de la red de jabalinas:

[ (

) (

) ( )

]

Donde

a= resistividad del suelo aparente vista por las jabalinas[.m]

l2= largo promedio de una jabalina [m]

n= nmero de jabalinas ubicadas dentro del rea A

d2= dimetro de las jabalinas [m]

Donde a se calcula mediante ecuaciones, conociendo las variaciones de la resistivad en

el terreno, En nuestro caso, por falta de informacin vamos a considerar terreno

uniforme, por lo tanto tendremos:

33



Departamento de Ingeniera Elctrica. Realizamos la seleccin de jabalinas del catlogo de la empresa GENROD, a

continuacin observamos las mimas:

Consideramos colocar 16 jabalinas del tipo acoplables, distribuidas en el borde exterior

de la cuadrcula en sus cuadrantes, con un dimetro de 5/8 (0,0158 [m]) de 1 [m] cada

una, obteniendo una longitud total de 10 [m].

Entonces:

[ (

) (

) ( )

]

[ ]

Ahora procedemos a calcular la resistencia mutua que existe entre las jabalinas y la red

mallada:

[ (

) (

) ]

Reemplanzado valores, tenemos:

[ (

) (

) ]

34



Departamento de Ingeniera Elctrica. [ ]

Finalmente, la resistencia total combinada, ser:

Dnde:

[ ]

[ ]

[ ]

Finalmente, la resistencia de Puesta a Tierra, resulta:

[ ]

A continuacin vamos a realizar la verificacin de las tensiones de paso y de contacto.

Tensin de Contacto

Dnde:

= Resistividad del suelo [.m]

Kc= Factor geomtrico de la red de mallas para la tensin de contacto

Ki= Factor de irregularidad

IE= Corriente dispersada por el electrodo de tierra [A]

L= Longitud total del conductor enterrado [m]

El factor geomtrico, se calcula mediante la ecuacin siguiente:

* (

( )

)

( )+

Dnde:

D= Separacin entre los conductores paralelos de la malla [m]

d= Dimetro del conductor de la malla [m]

h= Profundidad de los conductores de la malla [m]

n= Nmero de conductores paralelos en una direccin

Kj= 1 para redes de mallas con jabalinas en el permetro o en los vrtices; o para

redes de mallas con jabalinas en el permetro y en el interior.

35



Departamento de Ingeniera Elctrica. Kj=

( )

para redes de mallas sin jabalinas o con pocas jabalinas lejos del

permetro de los vrtices

h0= 1 [m] profundidad de referencia para la malla

El factor de irregularidad se calcula mediante la ecuacin siguiente:

La longitud total del conductor enterrado se calcula como:

L= Lm + 1,15 Lj para redes de mallas con jabalinas en el permetro o en los vrtices

L = Lm+ Lj para redes de mallas sin jabalinas o con pocas jabalinas lejos del permetro o

de los vrtices.

Reemplazando con los siguientes valores, tenemos:

n= 6;

h=0,8 [m];

D= 17,2 [m]

d= 0,008 [m]

El factor geomtrico es:

* (

( )

)

( )+

* (

( )

)

( )+

El factor de irregularidad es:

36




La longitud total del conductor es:

[ ]

La tensin de Contacto ser:

[ ]

[ ]

Se verifica el valor de la tensin de contacto.

Tensin de Paso:

Dnde:

Kp= Es el factor geomtrico de la red de mallas para la tensin del paso

El factor geomtrico se calcula mediante las ecuaciones siguientes:

[

( )]

[

]

Dnde:

para n 6

( ) ( )

Reemplazando, tenemos:

[

( )]

[

( )]

37




Entonces, tenemos:

[ ]

Por lo tanto, se verifica la tensin de paso.

c) Tipo de sistema de PaT

Como se mencion anteriormente, se adopta la colocacin de una malla de Puesta a

Tierra que abarque toda el rea por debajo de la Estacin.

El sistema de puesta a tierra elegido es TN-S, debido a que compramos en Media

Tensin y poseemos una estacin transformadora a la cual tenemos acceso a su centro

de estrella.

d) Croquis de la instalacin con el sistema de PaT planteado

Ver anexo.

Cuestionario

1. Qu es la tensin de paso y cul es su relevancia prctica.

Es la mxima tensin o diferencia de potencial que puede aparecer entre los pies de una

persona, separados stos un metro entre s, al circular la mxima corriente de falla a

tierra desde un electrodo.

Los sistemas de PaT deben ser diseados para asegurar que los potenciales en sus

alrededores, durante una falla, estn bajo los lmites apropiados. Cuando ocurre una

falla a tierra y la corriente fluye al terreno a travs del electrodo de tierra, el potencial

del mismo y de cualquier equipo conectado a l, se elevar sobre el potencial real de

tierra. El valor alcanzado bajo condiciones de falla severa puede ser varios miles de

voltios. Como la corriente de falla a tierra fluye en el terreno que rodea al electrodo, el

potencial en el suelo y en su superficie se elevar hasta eventualmente llegar al

potencial real de la tierra. Esta situacin se muestra en la siguiente figura, donde adems

se esquematiza la tensin de contacto:

38




La figura anterior muestra que el gradiente de potencial, es mayor cerca de la barra y se

reduce al alejarse de la misma. Imaginemos que una persona est caminando alejndose

de la barra en lnea recta hacia la tierra remota (de referencia), es decir, bajando la

pendiente de potencial, tomando pasos igualmente espaciados. La diferencia de

potencial entre los pies debiera ser mayor cerca de la barra, hasta anularse a alguna

distancia mayor.

La situacin descrita para una barra nica es similar a aquella definida para todo un

sistema de electrodos y el potencial de paso es ms alto en el rea inmediatamente

prxima a los electrodos enterrados en condiciones de suelo uniforme.

2. Qu es la corriente de dispersin.

Es la corriente que circular a travs de un sistema de PaT hacia el terreno circundante,

a travs de la resistencia de dispersin que es aquella debida a la superficie de contacto

entre el electrodo y el terreno.

3. Indique segn la Norma Iram 2281-1, cul son los valores orientativos de

Resistividad del Terreno y Precipitacin Media Anual para Mar del Plata y

Posadas (Misiones).

39



Departamento de Ingeniera Elctrica. Segn lo establecido en la norma IRAM 2281-1 Puesta a Tierra de Sistemas Elctricos,

los valores de resistividad del terreno y Precipitacin Media Anual (P.M.A.) para

cualquier zona del pas Argentino, en nuestro caso Mar del Plata y Posadas, son:

Ciudad Resistividad [.m] P.M.A. [mm]

Mar del Plata 33 800

Posadas 167 1600

4. Liste los esquemas de conexin a tierra definidos en la reglamentacin de la

AEA 90364 y justifique cul adoptar en el proyecto integrador.

Un factor importante para la proteccin de personas es el tipo de aterramiento o puesta a

tierra de la instalacin, definido como Esquemas de Conexin a Tierra (ECT). La

Reglamentacin para la Ejecucin de Instalaciones Elctricas en Inmuebles AEA

90364, de la Asociacin Electrotcnica Argentina, trata el tema en su seccin 771.3.

Definicin de Esquemas de Conexin a Tierra (ECT)

Los esquemas de conexin a tierra (ECT) definen la "Clasificacin segn la conexin a

tierra de las redes de alimentacin y de las masas elctricas de las instalaciones

elctricas consumidoras", y se identifican, de acuerdo con lo indicado en 312.2 de la

Reglamentacin de la AEA, con dos letras, admitiendo alguno de ellos una letra

adicional que se incorpora a la definicin principal separndola de la misma con un

guin. (Pgina 8 de la AEA 90364-7-771)

Para clasificar los diferentes esquemas de conexin a tierra en baja tensin se

utiliza la siguiente simbologa:

La primera letra designa la situacin del neutro de la instalacin con relacin a la tierra:

T: el neutro est ligado directamente a la tierra.

I: ningn punto de la alimentacin est ligado a tierra, es decir, neutro aislado o

vinculado por una impedancia de alto valor.

La segunda letra indica la situacin de las masas de la instalacin elctrica en relacin a

la tierra:

T: las masas estn ligadas directamente a la tierra.

N: las masas estn ligadas al punto de alimentacin aterrado, generalmente al neutro.

La combinacin de estas dos letras, da tres configuraciones posibles:

TT: neutro y masas a tierra T;

40



Departamento de Ingeniera Elctrica. TN: neutro a tierra y masas conectadas al neutro;

IT: neutro aislado y masas a tierra.

Las masas elctricas, o parte conductora accesible, son las partes conductoras de un

material o equipo elctrico. Son susceptibles de ser tocadas y, normalmente, no estn

bajo tensin, pero pueden estarlo en caso de defecto o falla.

La tercera letra muestra la situacin del conductor de neutro con relacin al conductor

de proteccin elctrica o tierra (PE):

S: el conductor neutro est separado del conductor de proteccin (PE);

C: las funciones de neutro y proteccin estn combinadas por un solo cable (PEN),

situacin combinada.

Antes de identificar los distintos esquemas de conexin a tierra, debemos tener en claro

los siguientes conceptos:

Masa elctrica:

Se define masa, masa elctrica o parte conductora accesible, a la parte

conductora de un material a equipo elctrico, susceptible de ser tocado y que

normalmente no est bajo tensin pero que puede estarlo en caso de defecto a falla. Las

masas elctricas caractersticas son las paredes de los caos y conductos (aun estando

embutidos), envolventes, tableros, las empuaduras de mando, etc.

La parte conductora de un equipo a material, que slo puede ponerse bajo tensin en

caso de falla a travs de una masa elctrica intermedia, no se considera masa elctrica

sino masa extraa.

Masa extraa:

Se define masa extraa o elemento conductor ajeno a la instalacin

elctrica, al elemento que no forma parte de la misma y que es susceptible de introducir

un potencial, generalmente el de tierra.

Elementos conductores extraos pueden ser las caeras metlicas de los sistemas

de calefaccin, de agua, de gas, los hierros de la estructura, los pisos no aislados, las

paredes, etc.

Luego, podemos decir que la combinacin de estas tres letras, mencionadas

anteriormente, dar las siguientes configuraciones posibles de ECT:

Conexin a tierra TT

Segn la Reglamentacin AEA 90364 de marzo 2006, el esquema TT es

obligatorio en alimentaciones de Baja Tensin desde la red pblica.

41




En este tipo de esquema, el neutro se conecta a una tierra, llamada Tierra de Servicio

y las masas elctricas, partes metlicas conductoras accesibles de las cargas, se conectan

a otra tierra distinta de la anterior, llamada Tierra de Proteccin.

Ambas tierras deben estar lo suficientemente separadas para evitar los riesgos de

transferencia de potenciales entre ellas.

Figura 2 (Esquema de Conexin a Tierra TT)

En el esquema TT la corriente de fuga a tierra est limitada por:

1. Resistencia del electrodo de aterramiento del neutro.

2. Resistencia del electrodo de aterramiento de las masas o del conductor de proteccin

(PE).

3. Resistencia de los conductores (de fase, neutro y de proteccin) y la resistencia de la

tierra misma por donde se cierra el circuito de la falla.

42




Las corrientes de fuga a tierra en un sistema TT son de rdenes muy inferiores a las de

cortocircuito. Por lo tanto, no est permitido detectar corrientes de fuga con

dispositivos de proteccin de sobrecorrientes. En este caso, se deben utilizar los

interruptores diferenciales.

Conexin a tierra IT

En este tipo de esquema, el neutro se encuentra aislado de tierra, generalmente

aislndolo a travs de una impedancia elevada, y las masas elctricas de las cargas o

partes conductoras accesibles se conectan a tierra, ya sea individualmente, por grupos o

colectivamente.

Figura 3 (Esquema de Conexin a Tierra IT)

EI esquema de conexin a tierra IT, por sus caractersticas particulares, debe

adoptarse exclusivamente teniendo en cuenta, entre otras, las siguientes prescripciones:

43



Departamento de Ingeniera Elctrica. a) Puede partir de un sistema de generacin autnoma o derivarse de una

instalacin de MT a

BT o de una BT a BT, por medio de transformadores separadores. En todos los casos

debe contarse con un monitor permanente de aislacin.

b) EI inmueble debe contar con presencia permanente de personal BA4 o BA5.

c) Debe considerarse especficamente la proteccin contra sobretensiones.

Es el esquema tpico de laboratorios y reas de usos mdicos.

En el esquema IT, pueden ser utilizados los siguientes dispositivos de proteccin y

control:

Controladores o monitores de aislacin.

Dispositivos de proteccin contra las sobrecorrientes.

Dispositivos de proteccin de corriente diferencial.

Dispositivos de bsqueda de defectos.

Conexin a tierra TN

Los esquemas TN tienen un punto del sistema de alimentacin conectado directamente a

tierra (de servicio) por el proveedor de la energa, y las masas elctricas o partes

conductoras accesibles de la instalacin consumidora conectadas a ese punto por medio

de conductores de proteccin, llamados PE (TN-S) o PEN (TN-C).

En este tipo de esquemas, una falla entre conductor de lnea y masa produce una

corriente de cortocircuito cuyo lazo de circulacin no incluye ningn recorrido por

masas extraas o tierra, como en el esquema TT.

Ante un defecto de aislamiento, la corriente de defecto Id no est limitada ms que

por la impedancia de los cables del bucle del defecto. Esta corriente provoca la

aparicin de una tensin de defecto, que para redes de 220/380 V es peligrosa, al ser

superior a la tensin lmite de seguridad, incluso en un lugar seco. Por tanto, es

necesario asegurar la desconexin automtica e inmediata de la instalacin o de parte de

la misma.

a) Conexin a tierra TN-S

En este tipo de esquema, el conductor de neutro (N) y el conductor de proteccin (PE)

se encuentran separados en toda la instalacin y estn conectados entre s en el origen

de la alimentacin, y a tierra, como mnimo en el origen de la alimentacin, pudiendo

estar adems el PE conectado a tierra en varios otros puntos aguas abajo.

44




Figura 4 (Esquema de Conexin a Tierra TN-S)

Es empleado en inmuebles o locales alimentados en media tensin desde la red pblica

o con alimentacin desde grupos electrgenos propios.

En estos esquemas, y debido a las altas corrientes de falla a tierra que pueden producirse

entre un conductor de lnea y el de proteccin PE, debe verificarse la adecuada

proteccin de los interruptores diferenciales debido a su limitada capacidad de ruptura.

b) Conexin a tierra TN-C

En este tipo de esquema, la funcin de neutro y la funcin de proteccin se combinan en

un solo conductor (PEN) en toda la instalacin y en el que dicho conductor comn est

puesto a tierra en la alimentacin.

45




Figura 5 (Esquema de Conexin a Tierra TN-C)

Los esquemas de conexin a tierra de las instalaciones elctricas de los inmuebles no

deben confundirse con los esquemas de conexin a tierra de las redes de

alimentacin de las distribuidoras de energa elctrica, las que por lo general adoptan

el esquema TN-C.

Este esquema est prohibido para las instalaciones internas de los inmuebles.

c) Conexin a tierra TN-C-S

En este tipo de esquema, en una parte de la instalacin, las funciones de neutro y de

proteccin se combinan en un solo conductor (PEN), puesto a tierra en la alimentacin y

en el que, a partir de un determinado punto, dicho conductor PEN se desdobla en un

conductor neutro (N) y en un conductor de proteccin (PE).

O sea que es una combinacin de los dos esquemas anteriores.

46




Figura 6 (Esquema de Conexin a Tierra TN-C-S)

Este esquema est prohibido para las instalaciones internas de los inmuebles,

pero con excepciones (ver reglamento de la AEA 90364-7-771, pgina 14).

Para nuestro trabajo adoptamos colocar una malla de Puesta a Tierra, adoptando el

sistema de conexin TN-S, como se explic anteriormente.

47




IV. CONCLUSION

Se pudo realizar el clculo de la Puesta a Tierra del prctico integrador, en el mismo se

adopta una malla con un sistema de jabalinas colocadas alrededor de la misma, con un

sistema TN-S.

Se realizan las verificaciones de la tensin de paso y de contacto las cuales son menores

a la tensin mxima admisible de 125 [V].

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